"Устройство", если это так можно выразиться, любой волны (по крайней мере до 19 века) заключалось в том, что энергия распространяется через среду, возбуждая определенные точки, чтобы они двигались либо вверх, либо вниз. Примерно также, как это и происходит в обычной морской волне в случае механики.
Эти колеблющееся точки известны как осцилляторы. В случае звука, эти маленькие осцилляторы - это молекулы воздуха вокруг нас. Когда вы что-то говорите, вы заставляете молекулы воздуха вокруг вас двигаться. Физики сказали бы, что вы заставляете молекулы воздуха вибрировать. Но суть в том, что звуковая волна создается тем фактом, что одна вибрация заставляет молекулы вокруг нее также вибрировать. По сути это... квант колебания. Объект, из которого состоят все волны.
Математика, лежащая в основе этого явления, на самом деле, не так уж и сложна, поскольку вы описываете один осциллятор с помощью функции синуса, которая зависит от расстояния первой вибрации и времени. Звучит сложно, но на самом деле все довольно просто. Вспомните школьный курс и темы про колебания, где всё крутилось вокруг синусоиды.
Вплоть до 19 века, до откровения, которое квантовая механика принесла миру, люди думали, что электромагнитная должна вести себя как звук, волны на воде или любая другая классическая волна.
Например, работы Томаса Юнга даже вполне показали, что свет ведет себя как волна. Поэтому большинство физиков считают, что у него должна быть некая среда для перемещения, которую они называют эфиром. Эфир должен был быть ненаблюдаемой средой, которая только помогает свету распространяться через, казалось бы, пустое пространство. Идея эфира жива и сейчас, но её научность вызывает вопросы.
Физика описывает происходящее с электромагнитными волнами слегка иначе. Каждый электрический заряд создает вокруг себя электрическое поле.
Это изображение показывает нам векторы поля, где чем ближе к электрическому заряду (в данном случае желтому шару), тем ярче становятся векторы по мере увеличения напряженности поля.
Когда электрический заряд начинает двигаться, то он заставляет электрическое поле вокруг себя распространяться или, проще говоря, изменяться. Это изменение происходит периодически, то есть электрическое поле оказывается периодически изменяющимся. Это по сути и есть волна.
Улавливаете суть? По большому счёту обобщения, свойственные учебникам физики, подпортили малину и тут. Это не совсем-таки обычная механическая волна, хотя она так и называется. Движение электрического заряда через поле меняет напряженность поля, но не является складкой на одеяле. Опять страдают аналогии и ассоциации.
Про электромагнитную волну, в общем-то, можно сказать, что это волна. Можно даже сравнить её поведение с волной на воде или веревочке. Но физически это немного иной процесс и нужно это осознавать.
Максвелл открыл и математически точно описал, как изменяющееся электрическое поле генерирует магнитное поле, перпендикулярное электрическому полю. Что еще интереснее, так это то, что генерируемое магнитное поле также изменяется, а изменяющееся магнитное поле также генерирует электрическое поле.
Изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле.
Изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле.
Эти колеблющиеся поля поддерживают друг друга и распространяются в вакууме пространства со скоростью света.
Так как тогда распространяется электромагнитная волна? Вопрос этот не имеет однозначного ответа. Но множества факторов сводят объяснение к тому, что поле есть наилучший способ объяснения. По крайней мере пока. При этом не нужно рассматривать колебание поля как колебание простыни при вытряхивании. Процессы хоть и похожи, но движущая сила разная. В итоге вокруг заряда существует непонятная субстанция или особый вид материи, который именуется электромагнитным полем. Это поле есть всегда, но рядом с зарядом оно имеет ненулевую напряженность. Перемещение заряда в такой конструкции напоминает поведение морской волны, но им не является.
Фактически волна есть набор параметров при движении заряда через некоторую конструкцию, именуемую полем. Косвенно можно подразумевать, что заряд - это и есть квант подходящего поля.
Что же, тот вопрос, который мы обозначили, был и до сих пор остается одним из самых важных вопросов в науке. И да, ответа однозначного нет.
Тут стоит порассуждать на тему устройства самого поля и зарядов, и обсудить их физический смысл. Но об этом будет ещё одна статья.
Интересные размышления про квантовое описание трения:
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта! Там самое интересное по теме.
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект! И не забывайте нажать на ДЗЕН-колокол 🔔